JP2000111699A

JP2000111699A - 軟ｘ線光源装置

Info

Publication number: JP2000111699A
Application number: JP10279699A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Kamitaka; 典明神高; Hiroyuki Kondo; 洋行近藤; Soichi Yamato; 荘一大和; Tomoko Otsuki; 朋子大槻
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 2000-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】大きな軟Ｘ線光量を容易に得ることができる
軟Ｘ線発生装置及びこれを用いた軟Ｘ線縮小投影露光装
置を提供する。【解決手段】真空容器１の内部にクリプトンガスを噴
出するノズル２が配置され、ガス導入管３から高圧のク
リプトンガスが供給されている。ファイバーアンプの出
力端である１００本の光ファイバー４を束ねた光ファイ
バー群５から出射した出射光６が、レンズ７、励起レー
ザー光導入窓８を介して、ノズル２の先端から噴出した
クリプトンガスに集光されている。これにより、クリプ
トンガスは励起され、そこから軟Ｘ線１０が発生する。
この軟Ｘ線１０は、多層膜回転放物面鏡１１で反射さ
れ、軟Ｘ線平行光束１２となって外部に放出される。フ
ァイバーアンプからの光を励起光として用い、しかも、
多数の光ファイバーを束ねて光源としているので、大き
な軟Ｘ線光量を容易に得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟Ｘ線発生装置及
びこれを用いた軟Ｘ線縮小投影露光装置に関するもので
あり、さらに詳しくは、大きな光量の軟Ｘ線を発生する
ことのできる軟Ｘ線発生装置及びこれを用いた軟Ｘ線縮
小投影露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造用の露光装置は、照射
光学系によりフォトマスク（以下、マスクと称する）を
照射し、マスク面上に形成された回路パターンを、結像
装置を介してウエハ等の基板上に投影転写する露光転写
方式のものが多く用いられている。基板にはレジストが
塗布されており、露光することによってレジストが感光
し、レジストパターンが得られる。

【０００３】露光装置の解像力ｗは、主に露光波長λと
結像光学系の開口数ＮＡで決まり、次式で表される。ｗ=kλ/NA …(1) k:定数一方、焦点深度ＤＦは、次式で決定される。 DF=λ/2(NA)² …(2) 上記の(1)式から明らかなように、露光される最小パタ
ーンの寸法を小さくするためには、定数ｋを小さくする
か、開口数ＮＡを大きくするか、光源の波長λを小さく
する必要がある。

【０００４】ここで、定数ｋは投影光学系やプロセスに
よって決まる定数であり、通常0.5〜0.8程度の値をと
る。この定数ｋを小さくする手法は、広い意味での超解
像と呼ばれ、今までに投影光学系の改良、変形照明、フ
ェーズシフトマスク法等が提案されているが、適用でき
るパターンに難点があり、適用範囲が限られるという問
題点がある。一方、開口数ＮＡを大きくすれば、(1)式
から明らかなように最小パターン寸法は小さくできる
が、(2)式から明らかなように、同時に焦点深度が浅く
なってしまうという問題を有する。このため、ＮＡ値を
大きくするには限界があり、通常は0.5〜0.6程度が適当
とされている。

【０００５】従って、最小パターン寸法を小さくするた
めに最も有効な方法は、露光に用いる光の波長λを小さ
くし、これだけでは焦点深度が浅くなるので、同時にＮ
Ａも小さくすることである。

【０００６】現在、半導体集積回路の製造においては、
マスク上に形成された非常に微細なパターンを、レジス
トを塗布したシリコンウェハ上に可視光あるいは紫外光
によって縮小投影して転写する方法が広くおこなわれて
いる。しかし、パターンサイズの微細化に伴い紫外光で
も回折限界に近づいており、紫外光よりさらに波長の短
い、波長13nm又は11nmの軟Ｘ線を用いた縮小投影露光が
提案されている。

【０００７】波長13nm又は11nmの軟Ｘ線を用いる場合、
その光源（軟Ｘ線源）の１つの候補として考えられてい
るのが、レーザープラズマＸ線源（以下ＬＰＸと記す）
である。レーザー装置からのパルス出射光を物質に集光
して照射すると、その照射強度が１０¹⁰Ｗ／cm²を越え
るような場合、物質の原子はその強力な電場によって電
子をはぎ取られてプラズマ化し、そのプラズマからは軟
Ｘ線が輻射される。このプラズマから輻射される軟Ｘ線
の輝度は非常に高く、高い繰り返し周波数でプラズマを
発生させることにより大きな光量の軟Ｘ線を得ることが
できる。しかも、軟Ｘ線発生装置としてはシンクロトロ
ン放射光発生施設などと較べると非常にコンパクトであ
る。そのためＬＰＸは軟Ｘ線縮小投影露光だけでなく、
Ｘ線顕微鏡や分析装置などの光源として非常に有望であ
る。

【０００８】ＬＰＸを軟Ｘ線縮小投影露光に用いる場
合、光源から得られる軟Ｘ線量が重要である。軟Ｘ線は
すべての物質に強く吸収されるため通常のレンズや反射
鏡は使用することができない。よって軟Ｘ線縮小投影露
光では高い反射率を得るために反射面に多層膜を形成し
た反射鏡によって光学系が構成される。この多層膜を構
成する物質の組み合わせと多層膜の反射波長は密接に関
係しており、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜では波長13nm付近、Ｍｏ
／Ｂｅ多層膜では11nm付近で高い反射率が得られるた
め、軟Ｘ線縮小投影露光に用いる波長としてこれらの波
長が候補に挙げられている。しかし、軟Ｘ線に対して得
られる反射率は、これらの多層膜を形成した反射面でも
７０％程度が限界であり、縮小投影露光に１０枚程度の
反射面が使用されると仮定すると、光学系全体の透過率
（反射率）は数％と非常に低くなってしまう。よって、
投影露光装置として十分な処理速度（スループット）を
得るために、光源から発生する軟Ｘ線の光量はできるだ
け大きいことが望まれる。

【０００９】真空容器内にガスを噴出させることによっ
て形成されたクラスターを標的材とするＬＰＸの場合、
13nmや11nmの波長域（2.5％ＢＷ）への変換効率は１〜
２％程度であると報告されており、この変換効率で十分
な処理速度を得るために、励起用レーザー光源として1.
5ｋＷ級の出力を持つＬＤ励起固体レーザーの開発が進
められている。軟Ｘ線縮小投影露光では、広い露光面積
を得るために輪帯状の領域を走査する手法が用いられ
る。この走査をおこなった際、露光領域内に照度ムラを
生じないためには強度の安定した連続光源であることが
望ましいが、パルス光源であるＬＰＸの場合でも、ｋＨ
ｚのオーダーの繰り返し周波数であれば問題はないとい
われている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の固体レ
ーザーの出力上げて、１ｋＷ以上の出力を得るために
は、ｋＨｚ台の繰り返し周波数を有し、しかも１パルス
のエネルギーを高くする必要がある。現在このようなレ
ーザー装置の開発が進められているが、これだけの大き
な出力を持ち、しかも長期間安定して動作するレーザー
装置の開発は容易なことではなく、また、開発されても
非常に高価なものになると考えられる。

【００１１】よって、軟Ｘ線縮小投影露光に用いるレー
ザープラズマを励起する励起用光源として、１ｋＷを越
える出力が得られ、製造が容易で、かつ、安価なパルス
レーザー光発生装置を励起パルス光源として備えた軟Ｘ
線発生装置が望まれていた。

【００１２】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、大きな軟Ｘ線光量を容易に得ることができる軟
Ｘ線発生装置及びこれを用いた軟Ｘ線縮小投影露光装置
を提供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、排気装置により減圧が可能な容器内に
供給される標的材に、励起エネルギービームを照射して
標的材をプラズマ化し、当該プラズマから軟Ｘ線を放射
させる軟Ｘ線光源装置であって、複数のファイバーレー
ザー又はファイバーアンプからの出射光を励起エネルギ
ービームとし、これら複数の光ファイバーから出射する
出射光を標的材の略同一位置に照射することによってプ
ラズマを発生させることを特徴とする軟Ｘ線発生装置
（請求項１）である。

【００１４】光通信の分野においてファイバーアンプと
呼ばれる光源の開発が進んでいる。これは光ファイバー
中にドープされたエルビウム（Ｅｒ）やイットリビウム
（Ｙｂ）をレーザーダイオードで励起し、光ファイバー
内を通過する光を増幅するものである。また、この光フ
ァイバーの両端にグレーティングやミラーを設け、共振
器構造を持たせるとファイバーレーザーとして動作す
る。光ファイバーの径は、コア、クラッドを含めて数百
μｍ程度であり、ドープする物質がイットリビウムの場
合には波長1.03μｍの出射光が得られ、１パルスあたり
のエネルギーが0.5ｍＪ、パルスの持続時間が２５ｎｓ
程度、繰り返し周波数が２０ｋＨｚ程度のものがすでに
製造されている。光ファイバーはシングルモード、マル
チモードのものがあるが、シングルモード光ファイバー
の出力は回折限界に近い非常に小さな領域に集光するこ
とが可能である。また、コア径１００μｍ程度のマルチ
モード光ファイバーを使用すればシングルモードに比較
して高いピーク出力を得ることができ、またコア径程度
の大きさにまで集光できる。

【００１５】本手段においては、複数のファイバーアン
プまたはファイバーレーザー出力端を束ねた物を励起用
光源として用いる。１本のファイバーアンプを用いた光
源は、単独での出力は小さいものの、それを複数束ねる
ことによって大きな出力を容易に得ることができる。例
えば、現在すでに製造されている出力１０Ｗのファイバ
ーアンプの光ファイバーを１００本束ねれば１ｋＷの出
力を得ることができ、その場合でも束ねられた光ファイ
バー全体の太さは直径数ｍｍ程度と非常に細い。

【００１６】なお、本手段において「略同一位置」とい
うのは、装置の設計仕様によって多少の誤差が許される
ことを意味するものであり、全く同一位置である場合を
も含むものであることはいうまでもない。どの程度の位
置の誤差を許容するかは、与えられた設計条件によっ
て、当業者が容易に決定することができる。本明細書に
おいて、「ほぼ」等の用語が使用される場合、同様の意
味を持つものである。

【００１７】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段であって、ファイバーレーザー及びファ
イバーアンプに、エルビウム（Ｅｒ）又はイットリビウ
ム（Ｙｂ）をドープした光ファイバーを用いたことを特
徴とするもの（請求項２）である。

【００１８】本手段においては、エルビウムあるいはイ
ットリビウムをドープしたファイバーアンプ又はファイ
バーレーザーを用いる。それによりファイバーアンプあ
るいはファイバーレーザーとして大きな出力が得られ、
束ねた光ファイバー全体としても大きな出力が得られ
る。

【００１９】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記第１の手段又は第２の手段であって、各光ファイバ
ーから出射光が出射される時刻を、１本づつ、又は何本
かまとめた光ファイバー群ごとに変化可能としたことを
特徴とするもの（請求項３）である。

【００２０】本手段においては、たとえば、各光ファイ
バーからの出射光の出射の時刻を調節することによって
プラズマの加熱を効率よくおこない、より多くの軟Ｘ線
光量を得ることができる。レーザープラズマＸ線源では
プリプラズマの生成により軟Ｘ線への変換効率の向上が
報告されている。たとえば１００本の光ファイバーのう
ち、１０本の光ファイバーの出力を他の９０本の出力よ
りも１０ｎｓ程度早く出射させると、先に出射されたパ
ルスによってプリプラズマが生成される。このプラズマ
は１００本全部の出力を一度に集光した場合にくらべる
と温度が低いが、後から照射されるパルス光によって追
加熱される。標的材が金属などの場合、大きなエネルギ
ーを持つ単独のパルスによってプラズマを励起すると、
パルス前半の一部分が表面反射などによって失われるな
ど、条件によってはプラズマの加熱に対しては効率的で
はない。プリプラズマの形成によりプラズマの加熱をよ
り効果的におこなうことができる。

【００２１】また、照射パルスをパルス列とすることに
より、目的とする軟Ｘ線の発生効率の高いプラズマを形
成することもできる。プラズマから放射される軟Ｘ線の
スペクトルはプラズマの温度に依存し、高い温度のプラ
ズマほど短波長側にシフトする。そのため、プリプラズ
マを利用して効率的にプラズマを加熱しても、メインパ
ルスのエネルギーが大きすぎる場合にはプラズマの温度
が高くなりすぎて目的とする波長の軟Ｘ線への変換効率
が低下する恐れがある。この場合、メインパルスをパル
ス列としてプラズマの加熱が一気に起こらないようにし
てプラズマの温度を下げれば、目的とする波長の軟Ｘ線
への変換効率が高い温度のプラズマを生成することがで
きる。

【００２２】前記課題を解決するための第４の手段は、
各光ファイバーの出射面に、出射光を略平行光とする微
小レンズを備えたことを特徴とするもの（請求項４）で
ある。

【００２３】本手段においては、各光ファイバーの出射
面に微小レンズを備えることで出射光を平行光としてい
るために、プラズマを生成させるためにすべての出射光
を同一点に集光させることが容易となる。

【００２４】前記課題を解決するための第５の手段は、
前記第４の手段であって、各光ファイバーからの出射光
の少なくとも一部の光軸が、互いにほば平行とされてい
ることを特徴とするもの（請求項５）である。

【００２５】本手段においては、ほぼ平行光に変換され
た全光ファイバーまたは一部の光ファイバーからの出射
光が平行な光軸を有するために、これらの出射光をレン
ズなどによって同一点に集光することが容易となる。

【００２６】前記課題を解決するための第６の手段は、
前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、各
光ファイバーの出射面に、出射光を収束光とする微小レ
ンズを備えたことを特徴とするもの（請求項６）であ
る。

【００２７】本手段においては、光ファイバーからの出
射光が出射面の微小レンズによって収束光となっている
ために、他に光学素子を用いなくても出射光を標的材上
に集光・照射することができる。

【００２８】前記課題を解決するための第７の手段は、
前記第４の手段又は第６の手段であって、各光ファイバ
ーからの出射光の光軸がすべて略同一の点を通過するよ
うに光ファイバーを配置したことを特徴とするもの（請
求項７）である。

【００２９】本手段においては、光学素子を使うことな
く各光ファイバーの出射光によってプラズマを生成する
ことができる。出射光が収束光の場合、各光ファイバー
の集光点が略同一点になるように光ファイバー出射面を
配置することで出射光の集光が実現できる。また、各光
ファイバーのコアの直径は数百μｍであるため、出射光
が平行光である場合にも、これらの出射光の光軸が同一
の点を通過するように配置すれば直径数百μｍの領域に
全光ファイバーの出力光が集中されることになり、プラ
ズマを生成に必要なエネルギー密度を得ることができ
る。また、複数の光ファイバーまたは光ファイバー群の
出射光を多方向から標的材に照射することにより発生す
るＸ線強度の角度分布を制御することができる。

【００３０】前記課題を解決するための第８の手段は、
前記第１の手段から第７の手段のいずれかを光源に用い
た軟Ｘ線縮小投影露光装置（請求項８）である。

【００３１】本手段においては、前記第１の手段から第
７の手段のいずれかを光源として用いることによって、
軟Ｘ線縮小投影露光に十分な強度の軟Ｘ線を容易に得る
ことができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例
を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態
の第１の例である軟Ｘ線発生装置の要部を示す図であ
る。図１において、１は真空容器、２はノズル、３はガ
ス導入管、４はファイバーアンプの出力端である光ファ
イバー、５は光ファイバー群、６は光ファイバーからの
出射光、７はレンズ、８は励起レーザー光導入窓、９は
プラズマ、１０は軟Ｘ線、１１は多層膜回転放物面鏡、
１２は軟Ｘ線平行光束である。

【００３３】真空容器１の内部にクリプトン（Ｋｒ）ガ
スを噴出するノズル２が配置され、ガス導入管３から高
圧のクリプトンガスが供給されている。本装置はファイ
バーアンプの出力端である１００本の光ファイバー４を
束ねた光ファイバー群５を有しており、そこから出射し
た出射光６が、レンズ７、励起レーザー光導入窓８を介
して、ノズル２の先端から噴出したクリプトンガスに集
光されている。これにより、クリプトンガスは励起され
てプラズマ９が生成され、そこから軟Ｘ線１０が放出さ
れる。この軟Ｘ線１０は、多層膜回転放物面鏡１１で反
射され、軟Ｘ線平行光束１２となって外部に放出され
る。

【００３４】各光ファイバー４から出射する光は、各出
射端面に取り付けられた微小レンズによってほぼ平行光
となっているので、光ファイバー群５全体の出射光６は
１枚のレンズ７により同一点に集光することができ、こ
こではノズル２の先端から１ｍｍの位置に集光されてい
る。プラズマ９を生成する際、ノズル２からはクリプト
ンガスが連続的に噴出しているが、真空容器１内は、軟
Ｘ線に対して十分な透過率を得ることができるように、
排気装置（不図示）により十分な排気速度で排気が行わ
れている。

【００３５】本軟Ｘ線発生装置では励起エネルギービー
ムによって６ｋＷのエネルギーがプラズマへ供給されて
おり、このエネルギーのうち１％が波長13nm（2.5％Ｂ
Ｗ）の軟Ｘ線に変換され、６０Ｗの軟Ｘ線（波長13nm，
2.5％ＢＷ）が発生している。プラズマ９から見込んだ
多層膜回転放物面鏡７の立体角はπステラジアン（全立
体角の１／４）であり、結局、約１５Ｗの軟Ｘ線が軟Ｘ
線平行光束１２として外部に取り出される。

【００３６】図２に各ファイバーアンプの構成図の例を
示す。ファイバーアンプは、たとえば「光エレクトロニ
クス事典、７７〜８９頁」（財団法人光産業技術協会発
行）に記載されるように公知のものである。図２におい
て、１３はレーザーダイオード、１４，１５はアイソレ
ーター、１６〜２１は波長分割多重化装置、２２，２３
は励起用レーザーダイオード、２４，２５はドープ光フ
ァイバー、２６はフィルター、２７，２８は偏波面合成
器、２９，３０は励起用レーザーダイオードである。

【００３７】ドープ光ファイバー２４には、励起用レー
ザーダイオード２２，２３からの励起光が、波長分割多
重化装置１６，１７を介して導入されており、入力した
信号光（レーザー光）と励起用レーザーダイオード２
２，２３の合波を行い、エルビウムまたはイットリビウ
ムをドープした第１のドープ光ファイバー２４を励起し
ている。レーザーダイオード１３を発したレーザー光
は、アイソレーター１４、波長分割多重化装置１６を介
して、ドープ光ファイバー２４に導かれて光増幅され
る。増幅された光は、波長分割多重化装置１７に導か
れ、フィルター２６、アイソレーター１５を介して２段
目の光増幅器に導かれる。

【００３８】２段目の光増幅器においては、波長分割多
重化装置１８，２０に、励起用レーザーダイオード２
９、３０からの励起光が、直交する偏向の成分を合波す
る偏波面合成器２７，２８、波長分割多重化装置１９、
２１を介して導入されており、この光はエルビウムまた
はイットリビウムをドープした第２のドープ光ファイバ
ー２５に導かれ、ドープ光ファイバー２５を励起してい
る。アイソレーター１５からの光は、ドープ光ファイバ
ー２５の中を通ることにより増幅される。増幅された光
は、波長分割多重化装置２０を介して外部に出力され
る。２段目の光増幅器において、第２のドープ光ファイ
バー２５の入り側と出側に、それぞれ複数（４台）の励
起用レーザーダイオード２９、３０が用いられているの
は、励起光の強度を大きくするためである。

【００３９】このように、図２に示すファイバーアンプ
においては、レーザーダイオード１３からのレーザー光
が、エルビウムまたはイットリビウムをドープした２段
のドープ光ファイバー２４、２５によって増幅され、光
ファイバー１本あたりの出力光として、エネルギーが１
ｍＪ／shot、パルス持続時間が５ｎｓ、繰り返し周波数
は６０ｋＨｚのものが得られる。すなわち、このような
ファイバーアンプの出力は１本あたり６０Ｗであるの
で、これらの出力を、図１に示した光ファイバー４から
出力すれば、光ファイバー群５は、６ｋＷの平均出力を
有することになる。

【００４０】図３は、本発明の実施の形態の第２の例で
ある軟Ｘ線発生装置の要部を示す図である。以下の図に
おいて、前出の図で示された構成要素と同じ構成要素に
は、同じ符号を付してその説明を省略する。図３におい
て、３１は軟Ｘ線検出器である。

【００４１】図３における装置においても、真空容器１
の内部にクリプトン（Ｋｒ）ガスを噴出するノズル２が
配置され、ガス導入管３から高圧のクリプトンガスが供
給されている。本装置においてもファイバーアンプの出
力端である１００本の光ファイバー４が用いられてお
り、各光ファイバー４の出射端面に微小レンズが取り付
けられて、各光ファイバー４から出射する光束は平行光
束となっているが、各光ファイバー４は１本に束ねられ
ることなく、クリプトンガスが噴出されるノズル２を取
り囲むように配置されている。

【００４２】全ての光ファイバー４からの出射光６の光
軸はノズル２から１ｍｍ程度離れた位置で交差してお
り、１００本の光ファイバー４から同時刻にパルス光が
出射光されると、すべての出射光はこの位置に集中す
る。光ファイバー４のコアの径は0.1ｍｍなのでその領
域は直径0.1ｍｍ程度の球形の領域となり、この領域で
プラズマ９が生成されて軟Ｘ線１０が放射される。この
軟Ｘ線１０は、多層膜回転放物面鏡１１で反射され、軟
Ｘ線平行光束１２となって外部に放出される。本実施の
形態においても、第１の実施の形態と同様に１５Ｗ程度
の利用する軟Ｘ線（波長13nm，2.5％ＢＷ）が発生して
いる。

【００４３】本実施の形態では、多方向から照射された
励起レーザービームによってプラズマが励起されている
ため、対称性の高いプラズマ９が生成され、よって、放
射される軟Ｘ線の角度分布も対称性が高い。このため、
多層膜回転放物面鏡１１で反射することによって形成さ
れる軟Ｘ線平行光束１２は軸対称な強度分布を有する。

【００４４】また、本実施の形態において、プラズマ９
から放射される軟Ｘ線１０の強度は多数の軟Ｘ線検出器
３１によって検出されている。プラズマから放射される
軟Ｘ線強度の角度分布は励起レーザービームの照射方向
にピークを持つ傾向があるので、ある方向において軟Ｘ
線の強度が低下した場合には、その方向からの励起レー
ザーの照射強度を上昇させることによりプラズマの対称
性を回復させ、それによって平行光束の軸対称性を維持
することができる。このような平行光束は、軟Ｘ線縮小
投影露光において、照明光学系を介してマスクの照明に
利用するのに適している。

【００４５】図４は、本発明の実施の形態の第３の例で
ある軟Ｘ線発生装置の要部を示す図である。この実施の
形態はＸ線顕微鏡の光源部分である。図４において、３
２はタンタル箔、３３はリール、３４は縮小光学系、３
５はＸ線フィルター、３６は照明光学系、３７は試料、
３８は拡大結像光学系、３９は飛散粒子阻止用レーザー
光透過部材である。

【００４６】本実施の形態では、真空容器１の内部に配
置された厚さ１５μｍのテープ状のタンタル箔３２を標
的材としている。ファイバーアンプの出力端である１０
０本の光ファイバー４が束ねられた光ファイバー群５か
らの出射光６は、縮小光学系３４によってタンタル箔３
２の表面に照射されている。縮小光学系３４は光ファイ
バー群の出射端面位置の像をタンタル箔上に１／１０に
縮小投影している。本実施の形態においては、各光ファ
イバー４は、その端面に出射光を平行にするレンズを有
しなくてもよいが、その他は、第１、第２の実施の形態
で示した光ファイバー４と同様なもので、出射端面位置
での出射光の単位面積当たりのレーザー光のピーク強度
は１０⁸〜１０⁹Ｗ／cm²であり、標的材表面では１０¹⁰
〜１０¹¹Ｗ／cm²の強度に達し、プラズマ９が生成され
る。

【００４７】プラズマ９の生成によってタンタル箔３２
には孔が生じるため、軟Ｘ線の発生時にはリール３３を
回転させて、常に新しい面に光ファイバー出射光６を照
射している。本実施例ではシングルモードのファイバー
アンプを使用しているため、出射光を非常に小さな領域
に集光するのに適している。

【００４８】発生した軟Ｘ線は、チタン（Ｔｉ）の薄膜
であるＸ線フィルタ３５を通って照明光学系３６に入射
する。照射光学系３６によって照明された試料３７の像
は、拡大結像光学系３８によって拡大されて観察がおこ
なわれる。

【００４９】なお、本装置においては、飛散粒子阻止用
レーザー光透過部材３９が設けられ、ノズル２等がプラ
ズマによって削り取られることによって発生する飛散物
質が、励起レーザー光導入窓８に付着するのを防止して
いる。

【００５０】本Ｘ線顕微鏡装置では試料の照明方法とし
てクリティカル照明を用いており、光源であるプラズマ
群９の強度分布がそのまま試料３７の照明強度分布に反
映される。

【００５１】大きなエネルギー（〜数百ｍＪ）を持った
単一のパルスでプラズマを生成すると、プラズマ像の中
心部では強く、周辺部では弱く照明されることになり、
均一な照明強度を得ることは困難である。本実施の形態
においては、光ファイバー群５は、１本が直径0.2ｍｍ
のものを１００本束ねたもので、全体として直径２ｍｍ
程度であるため、タンタル箔上には直径0.2ｍｍ程度の
領域に直径２０μｍ程度のプラズマが１００個生成され
る。このように、小さなプラズマをある領域に多数形成
すれば、全体としては均一な照明を達成することができ
る。また、Ｘ線顕微鏡観察の際、同一視野内で光学密度
が大きく違う試料を観察しようとすると、視野内で最適
な照明強度に差が生じてしまう恐れがあるが、本実施の
形態では各光ファイバーの出力を調節することにより、
観察に最も適した照明強度分布を視野内に形成すること
もできる。

【００５２】以上の実施の形態においては、標的材とし
てクリプトンガスとタンタル箔を用いているが、標的材
はこれに限るものではない。また、図２に示したような
構成を持つファイバーアンプを用いているが、光ファイ
バーの両端にミラーあるいはグレーティングを配置する
ことによって共振器構造を形成したファイバーレーザー
を用いてもよい。

【００５３】第１、第２の実施の形態においてはプラズ
マから放射された軟Ｘ線を回転放物面鏡で平行光束に変
換しているが、軟Ｘ線縮小投影露光装置の照明光学系の
構成によっては収束あるいは発散光束を形成してもよ
い。

【００５４】第２の実施例においては光ファイバー４を
回転放物面鏡の外側に配置しているが、光ファイバー４
は非常に細いため、図５に示すように多層膜回転放物面
鏡１１に直径１ｍｍ以下の細い穴を形成してファイバー
アンプの出力端である光ファイバー４を通し、それらの
光ファイバー４からの出射光６が同一点を照射するよう
に配置してもよい。

【００５５】また、以上の実施の形態においては、全て
の光ファイバーからの出射光が同時に一点に集中して出
力されていたが、各光ファイバーから出射光が出射され
る時刻を、１本づつ、又は何本かまとめた光ファイバー
群ごとに変化可能としてもよい。これによって、少量の
励起光を照射してプリプラズマを発生させ、その後、大
量の励起光を照射してプリプラズマを追加熱してプラズ
マを発生させることにより、プラズマを効率的に発生さ
せることができる等のメリットがある。さらに、励起光
をパルス列とすることにより、プラズマの温度を調節
し、目的とする波長の軟Ｘ線への変換効率が高い温度の
プラズマを生成することができる。

【００５６】各光ファイバーからの励起光の出射のタイ
ミングをずらすには、各光ファイバーの長さを変えて、
光ファイバー内を光が伝達する時間を変えるようにすれ
ばよい。また、励起光をパルス列にするには、この他の
方法として、時分割光分岐手段（Time Division Multip
lexer）を用いてもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係る発明においては、複数のファイバーレーザー
又はファイバーアンプからの出射光を励起エネルギービ
ームとし、これら複数の光ファイバーから出射する出射
光を標的材の略同一位置に照射することによってプラズ
マを発生させているので、大きな軟Ｘ線光量を容易に得
ることができる。

【００５８】請求項２に係る発明においては、エルビウ
ムあるいはイットリビウムをドープしたファイバーアン
プ又はファイバーレーザーを用ているので、それにより
ファイバーアンプあるいはファイバーレーザーとして大
きな出力が得られ、束ねた光ファイバー全体としても大
きな出力が得られる。

【００５９】請求項３に係る発明においては、各光ファ
イバーから出射光が出射される時刻を、１本づつ、又は
何本かまとめた光ファイバー群ごとに変化可能とし手い
るので、たとえば、各光ファイバーからの出射光の出射
の時刻を調節することによってプラズマの加熱を効率よ
くおこない、より多くの軟Ｘ線光量を得ることができ
る。また、照射パルスをパルス列とすることにより、目
的とする軟Ｘ線の発生効率の高いプラズマを形成するこ
とができる。

【００６０】請求項４に係る発明においては、各光ファ
イバーの出射面に微小レンズを備えることで出射光を平
行光としているために、プラズマを生成させるためにす
べての出射光を同一点に集光させることが容易となる。

【００６１】請求項５に係る発明においては、ほぼ平行
光に変換された全光ファイバーまたは一部の光ファイバ
ーからの出射光が平行な光軸を有するために、これらの
出射光をレンズなどによって同一点に集光することが容
易となる。

【００６２】請求項６に係る発明においては、光ファイ
バーからの出射光が出射面の微小レンズによって収束光
となっているために、他に光学素子を用いなくても出射
光を標的材上に集光・照射することができる。

【００６３】請求項７に係る発明においては、各光ファ
イバーからの出射光の光軸がすべて略同一の点を通過す
るように光ファイバーを配置しているので、光学素子を
使うことなく各光ファイバーの出射光によってプラズマ
を生成することができる。

【００６４】請求項８に係る発明においては、請求項１
から請求項７に記載のうちいずれかの軟Ｘ線発生装置を
光源として用いているので、軟Ｘ線縮小投影露光に十分
な強度の軟Ｘ線を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１の例である軟Ｘ線発
生装置の要部を示す図である。

【図２】ファイバーアンプの構成の例を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態の第２の例である軟Ｘ線発
生装置の要部を示す図である。

【図４】本発明の実施の形態の第３の例である軟Ｘ線発
生装置の要部を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態の１例における回転放物面
鏡と光ファイバーの関係を示す図である。

【符号の説明】

１…真空容器、２…ノズル、３…ガス導入管、４…光フ
ァイバー、５…光ファイバー群、６…光ファイバーから
の出射光、７…レンズ、８…励起レーザー光導入窓、９
…プラズマ、１０…軟Ｘ線、１１…多層膜回転放物面
鏡、１２…軟Ｘ線平行光束、１３…レーザーダイオー
ド、１４，１５…アイソレーター、１６〜２１…波長分
割多重化装置、２２，２３…励起用レーザーダイオー
ド、２４，２５…ドープ光ファイバー、２６…フィルタ
ー、２７，２８… 、２９，３０…励起用レー
ザーダイオード、３１…軟Ｘ線検出器、３２…タンタル
箔、３３…リール、３４…縮小光学系、３５…Ｘ線フィ
ルター、３６…照明光学系、３７…試料、３８…拡大結
像光学系、３９…飛散粒子阻止用レーザー光透過部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大和荘一東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内 (72)発明者大槻朋子東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内Ｆターム(参考） 4C092 AA06 AA07 AA14 AB21 AB27 5F046 GB01 GB07 GC03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気装置により減圧が可能な容器内に供
給される標的材に、励起エネルギービームを照射して標
的材をプラズマ化し、当該プラズマから軟Ｘ線を放射さ
せる軟Ｘ線光源装置であって、複数のファイバーレーザ
ー又はファイバーアンプからの出射光を励起エネルギー
ビームとし、これら複数の光ファイバーから出射する出
射光を標的材の略同一位置に照射することによってプラ
ズマを発生させることを特徴とする軟Ｘ線発生装置。
【請求項２】ファイバーレーザー及びファイバーアン
プに、エルビウム（Ｅｒ）又はイットリビウム（Ｙｂ）
をドープした光ファイバーを用いたことを特徴とする請
求項１に記載のの軟Ｘ線発生装置。
【請求項３】各光ファイバーから出射光が出射される
時刻を、１本づつ、又は何本かまとめた光ファイバー群
ごとに変化可能としたことを特徴とする請求項１又は請
求項２に記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項４】各光ファイバーの出射面に、出射光を略
平行光とする微小レンズを備えたことを特徴とする請求
項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の軟Ｘ線発
生装置。
【請求項５】各光ファイバーからの出射光の少なくと
も一部の光軸が、互いにほば平行とされていることを特
徴とする請求項４に記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項６】各光ファイバーの出射面に、出射光を収
束光とする微小レンズを備えたことを特徴とする請求項
１から請求項３のうちいずれか１項に記載の軟Ｘ線発生
装置。
【請求項７】各光ファイバーからの出射光の光軸がす
べて略同一の点を通過するように光ファイバーを配置し
たことを特徴とする請求項４又は請求項６に記載の軟Ｘ
線発生装置。
【請求項８】請求項１から請求項７のうちいずれか１
項に記載の軟Ｘ線発生装置を光源に用いた軟Ｘ線縮小投
影露光装置。